CH500383A - Regelbare und druckentlastete Drehkolbenpumpe - Google Patents

Description

  
 



  Regelbare und druckentlastete Drehkolbenpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine regelbare und druckentlastete Drehkolbenpumpe mit in einem Rotor radial verschiebbaren Schaufeln und mit in einem Rahmen in Gleitführungen verschiebbaren Laufbacken zur Änderung des Förderraums.



   Es sind schon Pumpen bekannt mit elastischen und radial verstellbaren Laufflächen und mit zwei, den Saugund Druckraum voneinander trennenden starren Widerlagern, von denen eines ortsfest und das andere radial verstellbar ist. Mit einseitig eingespannten, die Zwischenräume überbrückenden elastischen Teilen, wird durch deren Durchbiegung infolge ihrer Querschnittsabmessungen und Führungen eine gleichmässige Schaufelbewegung bei verschiedener Pumpenleistung herbeigeführt. Bei solchen Anordnungen handelt es sich im wesentlichen um zwei parabelförmig gekrümmte Widerlager, die sich gegen ortsfeste Widerlager abstützen. Unter Ausnutzung der Elastizität wird dabei unter Spannung in einem begrenzten Umfang der Förderraum der Pumpe verändert. Für hohe Druckverhältnisse sind jedoch solche elastische Anordnungen nur schwer geeignet, da sie eine genaue Regelung der Fördermenge nicht zulassen.

  Besonders durch den Arbeitsdruck ist eine ständige Vibration des elastischen Elements gegeben, wodurch die Genauigkeit der Fördermenge und deren Regelung beeinträchtigt wird. Hinzu kommt noch bei ineinandergreifenden Nuten, Zapfen und Schlitzen die Notwendigkeit einer fein tolerierten Bearbeitung. Bei einer Veränderung des elastischen Rings aus einer Nullage bildet sich zwischen dem feststehenden Widerlager und dem Ring ein Schlitz.



  Dadurch ist eine beträchtliche Erhöhung des Arbeitsgeräusches gegeben, da der Schlitz ein Hämmern der auf ihn treffenden Flügelschaufeln hervorruft.



   Bei bekannten Drehkolbenpumpen mit radial verstellbaren Laufgehäuseteilen sind Förderkanäle für das Drucköl vorgesehen, die aber den Querschnitt der Laufgehäuseteile beträchtlich schwächen.



   Wird bei hohen Drücken das Medium durch die Kanäle gefördert, so besteht die Gefahr der Verformung der Laufoberfläche für die Förderflügeloberkanten in der druckentlasteten Ansaugzone. Um solche Verformungen zu vermeiden, ist eine grosse Dimensionierung der Einzelelemente erforderlich. Daraus resultiert eine nicht unbeträchtliche Zunahme an Gewicht und Raumbedarf.



   Ferner zählen Drehkolbenpumpen zum Stand der Technik, bei denen jeweils ein ganzer elastischer Ring als variabel einstellbare Förderraumbegrenzung verwendet wird. Diese Anordnungen sind nicht für Pumpen hoher Druckleistungen und genauester Fördermengenregelung geeignet. Ausserdem ist die Aufgabenstellung und der zu erfüllende Zweck dieser Ausführungen ein anderer als bei der Ausbildung nach der Erfindung.



   Diese Nachteile in vorteilhafter Weise zu beseitigen und Massnahmen zu treffen, die bei absoluter Null Förderung noch eine ausreichende Schmierung gewährleisten und gleichzeitig die, infolge der Druckbelastung auftretende, hämmernde Wirkung der Förderflügel beseitigen, ist Aufgabe der Erfindung.



   Um dies zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, dass die in einem Teilbereich mindestens angenähert kreisbogenförmigen Aussparungen für sich unsymmetrischer aber einander formgleicher und zentrisch zum Rotor verschiebbarer Laufbacken, welche sich gegenseitig mittels   Gleitfühmngsflächen    innerhalb des Rahmens abstützen, hinter dem Bereich der Auslassschlitze in die Form einer archimedischen Spirale übergehen, welche in einer mit ihr tangierenden Geraden zu einer Spitze auslaufen.



   Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in den halbkreisförmigen Laufbahnen der Laufbacken Mantelbänder, vorzugsweise aus gehärtetem Federstahl oder geeignetem Kunststoff, auswechselbar angeordnet sind, und deren Enden erst nach Eintritt der Förderflügel in die Räume der druckentlasteten Zonen scharfkantig zur Mantelinnenfläche überlaufen, wobei das eine Ende der Mantelstücke an den Gleitflächen der Laufbacken befestigbar ist und das andere Ende sich zu einer Spitze verjüngt. Hierdurch werden eine grössere Geräuscharmut erzielt und   Übergangsbelastungen    vermieden.  



   Gleichzeitig werden die Herstellungskosten der Verstellbacken wesentlich gesenkt, da diese weder geschliffen noch gehärtet werden müssen. Ferner erübrigen sich nunmehr auch die bisher erforderlichen Übergangsradien der Aussparungen. Auch gestatten diese Massnahmen eine schnelle und leicht durchzuführende Auswechselbarkeit des durch Reibung und Druck am meisten beanspruchten Konstruktionsteils. Das zur Verwendung vorgeschlagene Kunststoffmaterial wird in Qualität und Stärke durch die vorherrschenden Druckverhältnisse bestimmt. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform ist in der Reduzierung des Gewichts der Anlage zu sehen und ausserdem in einer Verminderung der auftretenden Reibungskräfte.



   Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass zur Regelung des Fördervolumens beide Laufbacken durch einen einzigen Steuerkolben und ein einziges Betätigungsglied gleichzeitig und gleichmässig steuerbar sind.



   In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Kolbenstange auf eine gleitbar gelagerte Gabel ein, wobei die Innenflächen der Gabelzinken als schräge Flächen ausgebildet sind, welche Regelstifte verstellen.



  Die Verstellung der Laufbacken kann hierbei durch rein mechanische Mittel erfolgen.



   Auf den beiliegenden Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Horizontalebene in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vertikalebene nach Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Laufbakken in Nullstellung,
Fig. 4 die auslaufende Spitze eines Laufbackens in grösserem Massstab,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Laufbacken und eine weitere Ausgestaltung der Förderkammer in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 6 einen Teilschnitt durch die Horizontalebene einer dritten Ausführungsform,
Fig. 7 einen Schnitt durch die Horizontalebene in einer vierten Ausführungsform,
Fig. 8 einen Schnitt durch die Horizontalebene in einer fünften Ausführungsform.



   Die Drehkolbenpumpe nach Fig. 1 und 2 weist eine Gehäusebaugruppe 1 an der Ansaugseite und eine Gehäusebaugruppe 2 an der Auslassseite auf. Mit diesen Gehäusebaugruppen 1 und 2 ist ein Förderrahmen 3 durch Schrauben 4 und Passstifte 5 verbunden. Im Förderrahmen 3 sind zwei Laufbacken 6, 7 verschiebbar angeordnet, die mit ihren halbkreisförmigen Laufbahnen 9, 10 den Förderraum 8 begrenzen. Durch Verschieben der Laufbacken 6, 7 wird also der Förderraum 8 verkleinert oder vergrössert, wobei die Raumform zwischen einem Oval und einem Kreis variiert (Fig. 1).



  Gleichzeitig mit der Änderung des Förderraums 8 werden die unter dem Druck, beispielsweise von Federn, stehenden Förderflügel 13 mehr oder weniger aus dem Rotorkörper 14 heraustreten. Durch diese vorbeschriebene Anordnung kann auf einfache Weise das Fördervolumen verändert werden. Die Mengenregelung kann automatisch entweder druck- oder antriebsleistungsabhängig erfolgen. Hierzu werden Stellkolben 15, 16 mit einer Druckflüssigkeit über Steuerkanäle 17, 18 beaufschlagt.



  Über Regelstifte 19, 20 werden dann die selbst unsymmetrischen aber einander formgleichen Laufbacken 6, 7 zentrisch zum Rotor verschoben. Hierbei stützen sich diese Laufbacken 6, 7 gegenseitig mittels der Gleitführungsflächen 11, 31 bzw. 12, 32 ab. Die Gleitführungen 31 bzw. 32 sind als tangentiale Fortsetzungen des einen Endes der halbkreisförmigen Laufbahn 9 bzw. 10 ausgebildet, während die Gleitführungen 11, 12 dagegen von aussen her tangential auf das andere Ende der halbkreisförmigen Laufbacken verlaufen.



   Zur Verringerung des Pumpengewichts, sowie zur Fertigungsvereinfachung können die Laufbacken 6, 7 vollständig aus Kunststoff gegossen sein. Kunststoff ist sehr verschleissfest und dabei leichter als metallische Werkstoffe. Ausserdem lässt sich Kunststoff mit derart geringen Fertigungstoleranzen giessen, dass die Laufbakken einbaufertig aus ihrer Giessform kommen und keiner Nachbearbeitung bedürfen. Die geforderte Leistungsregelung wird von Federpaketen 21, 22 bestimmt. Zur Fördermengenverstellung von Hand dient das Regelorgan 23, das durch Betätigung des Handrades 24 in dem Zylinderraum 25 einen Druck aufbaut. Dieser Druck wird über die Leitungen 26 auf die Kolben 15 u. 16 u.



  weiter auf die Regelstifte 19, 20 übertragen und bewirkt eine Verschiebung der Laufbacken 6, 7 und somit die vorbeschriebene Fördermengenregelung. Bei Handregelung sind die Steuerkanäle 17, 18 durch entsprechende Schrauben 27 verschlossen (Fig. 2).



   Die Fig. 3 und 4 zeigen die halbkreisförmigen Aussparungen 209, 210 der Laufbacken 206, 207, die im grössten Teil der Ablaufkurve, der sich über den gesamten Ansaug- und Auslassbereich erstreckt, kreisrund sind. Unmittelbar nach dem Bereich der Auslassschlitze 230 geht diese Ablaufkurve der Aussparungen 209, 210 in den Bogen 240 einer archimedischen Spirale über, dem sie bis zu dem Tangentenpunkt 241 einer Geraden 242 von der Auslaufspitze 243 her folgt. Durch diese Ausgestaltung werden die Förderflügel 213 zu einer gewissen Bewegung zum Mittelpunkt   hingezwungen    und verdrängen dadurch das in den Förderflügelkammern 250 nach der Ausführung Fig. 5 des Rotorkörpers 214 befindliche öl unter Druck in die Laufbüchsen. Dadurch wird eine ausreichende Schmierung auch bei der Null-Förderungsstellung der Laufbacken 206, 207 gewährleistet.

  Diese Null-Förderung wurde bisher zwar immer angestrebt, aber konnte aus schmiertechnischen Gründen nicht erreicht werden.



   Um nun zu verhindern, dass an den Übergangsstellen der geteilten Laufbacken 206, 207, also im Bereich der auslaufenden Spitzen 243, die Förderflügel 213 infolge der Druckbelastung eine hämmernde Wirkung ausüben und dementsprechend also der in den Förderkammern 250 hinter den Auslässen 230 sich bis in den Ansaugraum erhaltende Hochdruck abgebaut wird, ehe der jeweilige Förderflügel 213 den Übergang passiert, werden Entlastungsnuten 251 in den Förderräumen 208 angeordnet.

 

  Diese Nuten 251 ziehen sich bis in den Ansaugraum der Pumpe und nehmen eine Ölmenge auf, die den Druck sofort abfallen lässt.



   Zur Vergrösserung der Geräuscharmut und zur Vermeidung von Übergangsbelastungen, sind - wie die Ausführung Fig. 6 zeigt - die beiden Laufbacken 6, 7 mit halbkreisförmigen Ausfräsungen 9, 10 versehen, die jeweils an einer Seite mit einer Gleitfläche 11 bzw. 12 zu einer Spitze auslaufen. In den Ausfräsungen 9, 10 sind nun Mantelstücke 33, 34 gelagert und zwar dergestalt, dass das in der Ausfräsung 10 der Laufbacke 7 liegende Mantelstück 34 mit einem Ende 35 mittels eines Bolzens, einer Schraube 30 oder durch Klebung an der Gleitfläche  12 der Laufbacke 6 befestigt ist, während das zur Spitze verjüngte andere Ende 36 durch die eigene Federkraft an das andere Mantelstück 33 gepresst wird.

  Letzteres ist mit seinem Ende 37 mittels eines Bolzens oder dgl. 38 an der Gleitfläche 11 der Laufbacke 7 befestigt, während das ebenfalls zur Spitze verjüngte Ende 39 an das Mantelstück 34 angepresst wird. Die Mantelstücke 33, 34 sind in bezug auf ihre   Befestigungs an ordnung    so gelegt, dass die zur Spitze verjüngten Enden 36, 39 in Drehrichtung des Rotors 14 einen stufenlosen Übergang für die Förderflügel 13 bilden.



   Werden die Laufbacken 6, 7 verschoben, so gleiten die Enden 36, 39 jeweils an der Innenfläche des gegen überliegenden Mantelstücks 33 bzw. 34 entlang und gestatten so die Einstellung jedes gewünschten Fördervolumens. Zu all den bereits angeführten Vorteilen ist noch eine wesentliche Fertigungsvereinfachung hinzuzuzählen, da die Tolerierung sowohl der Ausfräsung, wie auch der Gleitflächen nicht mehr ausschlaggebend für die Funktionsfähigkeit ins Gewicht fällt.



   Die Bänder können beispielsweise aus Federstahl oder Kunststoff sein. Sie werden durch die Fliehkraft der Förderschaufeln gegen die Laufbacken 106, 107 gedrückt. Die Länge der Mantelbänder 127, 131 nach der Ausführung Fig. 7 ist so gewählt, dass deren auslaufende Spitzen 132 bis in die druckentlasteten Räume 200, 201 reichen und erst dort zur Mantelinnenfläche 202 überlaufen. Dadurch werden auf einfache Art und Weise nahezu alle Übergangsbelastungen vermieden.



   Um nun die Anordnung weiter zu vereinfachen, weist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 im Förderrahmen 303 die beiden Laufbacken 306, 307 auf, welche mittels der Regelstifte 319, 320 zum Zwecke der Volumenänderung des Förderraums mittels einer gleitbar gelagerten Gabel 341, deren Zinken 343, 344 an den den Regelstiften 319, 320 zugekehrten Seiten jeweils eine schräge Fläche 342 aufweisen, verstellbar sind.

 

   Wird nun durch hydraulische oder pneumatische Mittel im Zylinder 318 der Kolben 316 oder ein ihm entsprechendes Organ, auch rein mechanisch, betätigt, so wandert die Kolbenstange 330 in Richtung des Förderrahmens 303. Diese Bewegung wird über die Gabel 341 auf die Regelstifte 319, 320 übertragen, die dann die Laufbacken 306, 307 verstellen. Diese Ausbildung schaltet eventuelle Ungleichmässigkeiten in der Backenverschiebung bei den einzelnen Regelvorgängen aus. Beide Verstellbackenhälften werden nach der Anordnung der vorliegenden Erfindung zwangsläufig gleichzeitig und gleichmässig verstellt. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Regelbare, druckentlastete Drehkolbenpumpe mit in einem Rotor radial verschiebbaren Schaufeln, bei der das Volumen des Förderraums mittels verschiebbarer Laufbacken vergrösser- oder verkleinerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Teilbereich mindestens angenähert kreisbogenförmigen Aussparungen (9, 10, 209, 210) für sich unsymmetrischer aber einander formgleicher und zentrisch zum Rotor verschiebbarer Laufbacken (6, 7, 206, 207), welche sich gegenseitig mittels Gleitführungsflächen (11, 31, 12, 32) innerhalb des Rahmens (3) abstützen, hinter dem Bereich der Auslass schlitze (230) in die Form einer archimedischen Spirale (240) übergehen, welche in einer mit ihr tangierenden Geraden (242) zu einer Spitze (243) auslaufen. UNTERANSPRüCHE 1.

   Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der auslaufenden Spitzen (243) Entlastungsnuten (251) angeordnet sind, deren Ausdehnung sich bis in den jeweiligen Ansaugraum (208) erstreckt.

   2. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbacken (6, 7, 106, 107, 206, 207) vollständig aus Kunststoff gegossen sind.

   3. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den halbkreisförmigen Laufbahnen (9, 10, 109, 110, 209, 210) der Laufbacken (6, 7, 106, 107, 206, 207) Mantelstücke (33, 34) vorzugsweise aus gehärtetem Federstahl oder Kunststoff auswechselbar angeordnet sind.

   4. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (132) der Mantelbänder (33, 34, 127, 131) im Bereich der druckentlasteten Zonen scharfkantig zur Mantel innenfläche (202) überlaufen.

   5. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende (35 bzw. 37) der Mantelstücke (33 bzw. 34) an den Gleitflächen (11, 12) der Laufbacken (6, 7) befestigt ist und das andere Ende (36 bzw. 39) sich zu einer Spitze verjüngt.

   6. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Fördervolumens beide Laufbacken (6, 7, 106, 107, 206, 207, 306, 307) durch einen einzigen Steuerkolben (316) und ein einziges Betätigungsglied (341) gleichzeitig und gleichmässig steuerbar sind.

   7. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (330) auf eine gleitbar gelagerte Gabel (341) einwirkt, wobei die Innenflächen (342) der Gabelzinken (343, 344) als schräge Flächen ausgebildet sind, welche die Regelstifte (319, 320) verstellen.

   8. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabel (341) mechanisch betätigt wird.

   9. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mit halbkreisförmigen Laufbahnen versehenen Backen (6, 7) zwei parallele und einander gegenüberliegende Gleitführungen (11, 32; 12, 31) aufweisen, von denen die eine Gleitführung (32 bzw. 31) als tangentiale Fortsetzung eines Endes der halbkreisförmigen Laufbahn (9 bzw. 10), die andere Gleitführung (11 bzw. 12) dagegen von aussen her tangential auf das andere Ende der halbkreisförmigen Laufbahn (9 bzw. 10) verläuft.

   10. Drehkolbenpumpe nach Patentanspruch und Unteranspruch 9, bei der die Fördermengenregelung hydraulisch durch Laufbackenverschiebung mittels eines Stellkolbens erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Laufbacken (6, 7) Stellkolben (15, 16) zugeordnet sind, deren Zuleitungen mit einer gemeinsamen und auf beide Stellkolben gleichzeitig einwirkenden Druckquelle (23, 24, 25) verbunden sind.